三峡库区城镇污水污泥资源化利用潜力分析

2011-08-15杨政成吕念南

山西建筑 2011年24期

杨政成吕念南

0 引言

截止到2010年，三峡库区重庆段已有100多座污水处理厂建成并投入运营，污泥总产量已经突破3000 t/d(含水率80%)，根据《三峡库区及其上游水污染防治规划》预测，到2020年三峡库区污水污泥总产量将会突破5500 t/d(含水率80%)［1］，这些污泥能否得到有效最终处置，将是对三峡库区生态环境保护的严峻考验。

1 三峡库区污水污泥处置现状

污泥卫生填埋是国内外很多地区最常用的处置方式，三峡库区也不例外。据环卫部门相关资料显示，当前三峡库区污水污泥的主要处置方式是脱水处理后送至垃圾填埋场与生活垃圾掺混后做卫生填埋处理，只有都市区少数污水厂设有污泥厌氧消化设施进行稳定化处理后送至垃圾填埋场填埋，或少量进行农用或绿化肥料。三峡库区内多数污水处理厂设计处理规模较小，大多没有污泥消化等设施，将剩余污泥经过脱水后直接运至填埋场填埋。

污泥卫生填埋虽然有使用时间长、技术成熟、操作简单、投资少、处理量大、运行费用低等优点。但由于污泥含水率过高，数量大，污泥粒度分布较小，不具有稳定的形态，会急剧增加填埋场垃圾渗滤液的数量，同时，极易造成填埋场垃圾渗滤液管道的堵塞、垃圾无法压实、填埋体变形或滑坡等，均给填埋场的运行带来诸多不便。污泥中含有大量有毒有害物质，污泥卫生填埋具有二次污染的危险，给填埋场的安全运行造成了巨大隐患。三峡库区已经有部分垃圾填埋场拒接污泥进行填埋。

2 国内外污泥资源化利用技术

2.1 污泥土地利用技术

20世纪90年代以来，世界各国在污泥处置利用方面的发展趋势为放弃投海、减少填埋，大力增加农林土地利用及能源回收。我国污泥农业利用率较低于10%，而英国、美国、法国、荷兰等国家污泥农业利用率为60%［2］，污泥土地利用是最有发展前景的一种处置方法，它是城市污水污泥处置中一种经济有效的出路，为此我国相继开展了园林绿地施用污泥对环境的影响及污泥林地利用等方面的研究。

污泥土地利用主要是利用土壤具有自净能力的特性来消纳污泥，同时污泥中含丰富的蛋白质、核酸、氨基酸等有机质，N，P等营养性元素和Ca，Mg，Cu，Zn，Fe等微量元素，又因具有一定的粘性、肥力，可作为肥料、调节剂等来增加土壤肥力，改善土壤理化性质，用于农作物种植、植树、园林景观、改良受损土壤等。

2.2 污泥建材化技术

2.2.1 污泥制砖

污泥燃烧产物和粘土的化学成分基本接近，在适当的调整或混入适量的添加剂后，完全可以制备建筑用砖。直接采用干化污泥制砖时，还可以充分利用污泥中有机质的发热量，降低烧砖能耗。污泥砖在焙烧过程中病原菌可全部被杀灭，重金属(As，Cd，Cr，Cu，Pb等)被固结，病原菌全部被杀死，实现无害化处置。

2.2.2 污泥制造生态水泥

随着水泥窑中焚烧废弃物技术水平的提高，在水泥生产过程中使用污泥作为辅助的原燃料的研究也取得了较大的发展。污泥制水泥的理论是污泥灰分高，其化学特性与水泥生产所用的原料基本相似，干化和研磨后添加适量石灰即可制成水泥，与单独建设专用焚化炉相比，具有建设投资省、运行费用低、经济效益好、无害化处理彻底等资源化环保处理的优点。

2.3 污泥能源化技术

污泥能源技术中较成熟的有污泥作为燃料直接燃烧、发酵制沼气等，污泥制造合成燃料、热解制油、分解制氢仍处于研究阶段。

污泥中含有大量的有机质以及大量的发热性物质，蕴含了大量的能量，混合污泥的发热量12005 kJ/kg～16956.5 kJ/kg，为褐煤24000 kJ/kg热值的一半左右［3］，污水污泥具有良好能源前景。

2.4 污泥材料化技术

2.4.1 制造轻质材料(陶粒)

污泥中无机成分以SiO2，Al2O3和Fe2O3为主，类似粘土的成陶成分，将其与粘土按一定的配比混合，经过干燥，脱碳，烧胀等工艺条件，在不同的温度、烧制时间的条件下，制成不同程度的陶粒。我国广州华穗轻质陶粒制品厂自2000年起利用猎德、大坦沙污水处理厂产出的污泥作为主要辅助原料生产超轻陶粒，产品质量好，生产成本低，企业经济效益好，获得圆满成功［4］。

2.4.2 污泥作粘结剂

污泥本身含有大量有机物，如蛋白质、脂肪和多糖，具有一定的粘结性能。利用活性污泥作粘结剂将无烟粉煤加工成型煤，型煤燃烧的同时污泥在高温气化炉内被处理，防止了污染;污泥作为型煤粘结剂替代白泥可改善在高温下型煤的内部孔结构，提高了型煤的生化反应性，降低灰渣中的残炭，提高炭转化率。污泥既可作为一种粘结剂，同时也是一种疏松剂，污泥的热值也得到了利用，这种处理方式既提高了碳的转化率［5］，同时污泥的热值也得到了充分的利用。

2.4.3 垃圾填埋场覆盖材料

含水率为60%的消化污泥与炉渣以2∶1混合时，渗透系数达到10数量级，已经接近垃圾填埋场防渗层对渗透系数的要求，且各种污染物负荷较小，各项指标能达到污泥作为垃圾填埋场覆盖材料的要求［6］。

3 三峡库区城市污水污泥的组成及性质分析

3.1 污泥中含有机质及N，P等可利用元素

三峡库区污水厂污泥中含较多的有机质和氮、磷、钾等植物营养素，其中挥发性有机物含量一般为30%～60%(质量百分比)，有效氮含量为 446 mg/kg～518 mg/kg，有机磷含量为114 mg/kg～160 mg/kg，速效钾含量为 392 mg/kg～577 mg/kg，基本上仍能较好地满足重庆市园林用土的理化指标，且可以对土壤起到一定的改良作用，重庆市农业局进行了污泥堆肥的相关研究，试运行处置费用为 110 元/t［7］。

3.2 含有大量可以建材化利用成分

三峡库区污水污泥燃烧灰近似二类粘土质原料。硅酸率低于2.7可掺合硅酸率高的硅质校正原料——砂岩和粉砂岩。氧化镁碱含量、三氧化硫都能满足粘土质原料的要求。三峡库区拉法基公司、农业局、同兴垃圾处理公司等单位利用水泥窑并行处置污泥已经完成中试，技术可靠，各项污染物均达标排放，运行处置费用约为106元/t～126元/t［8］，这表明三峡库区污泥用于建筑材料是完全可行的。

3.3 重金属污染并不严重

三峡库区污水厂的污泥重金属含量高于一般园林用土和厩肥，但仍低于GB 18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准中的相应限值，部分污水厂污泥锌含量较高(502 mg/kg)，部分污水厂污泥镍含量较高(达176 mg/kg)，约是酸性土壤要求最高允许限值(100 mg/kg)的2倍，可能是工业废水预处理没有达标直接排放至城市下水道所致，其他重金属含量均低于我国城镇污水处理厂污泥处置农用标准(CJT-2009)，低于美国EPA 503的标准和欧盟建议性标准，所以说只有锌元素限制了库区污泥的农用途径，如果含锌废水得到较好的预处理，库区污水污泥农用基本是没有问题的。

3.4 污水污泥热值相对较高

三峡库区污水污泥热值约9 MJ/kg～12 MJ/kg，低于国内其他地区一般污水厂污泥的平均热值23 MJ/kg，能够达到自持燃烧热值底线(＞3349 kJ/kg)［9］，无需添加入助燃剂就可自持燃烧;少数污泥甚至能够达到余热利用的低位热值(＞4180 kJ/kg)，如果选用适合燃用低热值污泥的流化床焚烧炉，可不加辅助燃料进行处理，大大降低费用。

另外随着城市居民生活水平的提高，污水污泥中的有机质含量也在逐步提高，更是增加了污水污泥作为燃料进行开发的可能性。

4 污泥资源化利用技术路线

4.1 污泥利用的技术路线

结合三峡库区污水污泥上述污泥特性分析，三峡库区城镇污水厂污泥的具体消纳途径可考虑采用建材化利用、园林绿化、废弃矿场修复以及垃圾填埋场覆盖土等，而农田使用应慎重。所以三峡库区污水厂污泥的处置应该以建材化利用、园林绿化利用、废弃矿山修复、焚烧发电等资源化利用体系或手段逐步取代以填埋为主的土地消纳途径，不仅可以解决污泥出路问题，还可大量节省填埋场使用空间，是适合三峡库区当前发展的、经济高效的污泥处置方法。